Propagação de trincas por fadiga em arames de alta resistência mecânica

Abstract

O pré-tensionamento, gerando a plastificação de regiões desejadas, é um processo amplamente consolidado para o aumento da vida em fadiga de componentes e estruturas fabricados com materiais de boa ductilidade. Autofretagem de tubos e o teste de carga em ganchos são exemplos do emprego desse procedimento. Entretanto, é pouco conhecido o comportamento de materiais de alta resistência mecânica quando submetidos a sobrecargas mecânicas. O presente trabalho tem como objetivo avaliar a propagação de trincas por fadiga em arames de alta resistência mecânica, utilizados na forma de tendões na armadura de tração de dutos flexíveis de camadas não aderentes. Foram realizados ensaios de tenacidade à fratura para determinar o intervalo de fator intensidade de tensões que o material resiste, apresentando deformação plástica na ponta da trinca. Ensaios de da/dN foram desenvolvidos com a finalidade de obter os coeficientes das equações de Paris e Walker, e, para isso, foram realizados ensaios com controle de ΔK crescente em diferentes razões de carregamento (0,1, 0,3 e 0,5). O efeito de sobrecargas mecânicas no comportamento em fadiga foi estudado com o auxílio de ensaios de da/dN com controle de ΔK constante e diferentes magnitudes de razão de sobrecarga mecânica (OLR) em duas razões de carregamento (0,1 e 0,5). Os resultados obtidos mostram que a aplicação de sobrecargas mecânicas, se controladas, gera retardo de trinca e aumento na vida em fadiga dos arames, elevando o número de ciclos em mais de 31%. Esse comportamento é evidente para a razão de carregamento igual a 0,5, visto que o fechamento de trinca é minimizado com aumento da tensão média aplicada.

The preload producing plasticizing in desired regions is a process widely consolidated to increase fatigue life of components and structures made of good ductility materials. The autofrettage on tubes and hooks is an example of the use of this procedure. However, it is not well known the behavior of high strength materials when subjected to mechanical overloads. This work aims to evaluate the fatigue crack growth of high strength wires which are used on tensile armour of flexible pipes. Fracture toughness testing was performed to define the stress intensity factor range that the material resists, presenting plastic strain at the crack tip. Fatigue crack growth testing was developed in order to obtain the coefficients of Paris law and Walker law and, therefore, tests with increasing ΔK control were conducted at different stress ratio (0.1, 0.3 and 0.5). The overload effect on fatigue behavior was studied with constant ΔK control fatigue crack growth testing applying different overload ratios (OLR) magnitudes and two stress ratios (0.1 and 0.5) . The achieved outcomes show that the application of mechanical overloads, if controlled, creates the phenomenon of retardation and increasing of fatigue life on wires, raising the number of cycle over than 31%. This behavior is evident on stress ration of 0.5, since crack closure is minimized with the increasing of applied mean stress.